高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的設(shè)計(jì)與解答方法初探

劉志華

摘要：高中生物《考試大綱》和《考試說明》中明確要求考生要具備驗(yàn)證簡(jiǎn)單生物學(xué)事實(shí)的能力，對(duì)一些生物學(xué)問題進(jìn)行初步探究的能力。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題注重對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾?，這類試題思維量大，信息和情境新穎，設(shè)問角度多樣，綜合性強(qiáng)，能力要求高，能較好地反映學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的掌握情況，能發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，體現(xiàn)學(xué)生的思維水平。

關(guān)鍵詞：高中生物;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

筆者就如何指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)與解答實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的方法歸納如下：

一、認(rèn)真審題，弄清實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)和目的

解題先要認(rèn)真審題，抓住關(guān)鍵的有效信息點(diǎn)，弄清該實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)是驗(yàn)證性還是探究性實(shí)驗(yàn)，其次要明確該實(shí)驗(yàn)的目的是什么？

二、分析原理，回顧實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則

實(shí)驗(yàn)原理是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，只有明確實(shí)驗(yàn)的原理，才能掌握實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，進(jìn)而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)原理一方面可來源于題干，另一方面也可來源于書中的知識(shí)，即可通過閱讀題干或聯(lián)想書中知識(shí)來獲取原理。

三、明確實(shí)驗(yàn)變量，確定平衡無關(guān)變量的方法

變量是指實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)者所操縱的因素或條件，據(jù)其在實(shí)驗(yàn)中的作用，可分為實(shí)驗(yàn)變量與反應(yīng)變量、無關(guān)變量與干擾變量?jī)深悺?/p>

1.實(shí)驗(yàn)變量與反應(yīng)變量

實(shí)驗(yàn)變量，也稱為自變量，指實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)者所操縱的因素或條件。反應(yīng)變量，也稱因變量，指實(shí)驗(yàn)中由于實(shí)驗(yàn)變量而引起的變化和結(jié)果。通常實(shí)驗(yàn)變量是原因，反應(yīng)變量是結(jié)果，二者具有因果關(guān)系。實(shí)驗(yàn)的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如，在“探究溫度對(duì)酶活性的實(shí)驗(yàn)”中，所給定的低溫、適溫、高溫就是實(shí)驗(yàn)變量，而由于低溫、適溫、高溫條件變化，唾液淀粉酶水解淀粉的反應(yīng)結(jié)果也隨之變化，這就是反應(yīng)變量，該實(shí)驗(yàn)即在于獲得和解釋溫度變化（實(shí)驗(yàn)變量）與酶的活性（反應(yīng)變量）的因果關(guān)系。

2.無關(guān)變量與干擾變量

無關(guān)變量，是指實(shí)驗(yàn)中除實(shí)驗(yàn)變量（即自變量）以外的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素或條件。也稱控制變量。通常最有效、最簡(jiǎn)便的方法是設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)來對(duì)其進(jìn)行控制。如空白對(duì)照、條件對(duì)照、自身對(duì)照、相互對(duì)照等，干擾變量，指實(shí)驗(yàn)中由于無關(guān)變量而引起的變化和結(jié)果。顯然，干擾變量會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)變量（即自變量）有干擾作用。例如，上述實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)變量（低溫、適溫、高溫）以外，試管的潔凈程度、唾液的新鮮程度、可溶性淀粉的純度、試劑溶液的劑量、實(shí)驗(yàn)操作程度、溫度處理的時(shí)間長(zhǎng)短等等，都屬于無關(guān)變量，要求對(duì)低溫、適溫、高溫三組實(shí)驗(yàn)是等同、均衡、穩(wěn)定的。如果無關(guān)變量中的任何一個(gè)或幾個(gè)因素或條件，對(duì)三個(gè)實(shí)驗(yàn)組的給定條件不等同，不均衡，不穩(wěn)定，則會(huì)在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中產(chǎn)生干擾變量，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾，造成誤差。

四、分析、選擇實(shí)驗(yàn)材料用具，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟

1.若題中已提供實(shí)驗(yàn)材料和用具

可認(rèn)真分析題中所提供的器材在實(shí)驗(yàn)中的作用？如何使用？是否必須用到？通常題中給出的實(shí)驗(yàn)材料和試劑一般應(yīng)充分利用，不能隨意增加。如題中說明了從所提供的器材中選取所需的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，就要準(zhǔn)確地選取用具和材料。其實(shí)這也相當(dāng)于隱含條件，只要你分析判斷準(zhǔn)確，就不會(huì)有所遺漏。若讓學(xué)生自行確定實(shí)驗(yàn)材料和用具，這就需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟與要求等，聯(lián)系相關(guān)的生物學(xué)原理，遷移運(yùn)用教材相關(guān)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)用具，選擇好器材才能準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)。

2.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟

不同的生物實(shí)驗(yàn)，其步驟不一，但大多數(shù)常規(guī)實(shí)驗(yàn)可按照下列步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1）第一步：選取材料，分組編號(hào)。

即就是選取題干提供的實(shí)驗(yàn)材料用具，對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行平均分組并編號(hào)，注意相應(yīng)的無關(guān)變量要保持一致。

（2）第二步：施加實(shí)驗(yàn)變量，平衡無關(guān)變量。

對(duì)實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組進(jìn)行不同處理，即對(duì)實(shí)驗(yàn)組要施加實(shí)驗(yàn)變量。

（3）第三步：認(rèn)真觀察，如實(shí)記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。

細(xì)心觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如實(shí)記錄數(shù)據(jù)?？茖W(xué)描述結(jié)果。

五、預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由實(shí)驗(yàn)變量而引起的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)論是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出的一種推論。預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論又可分為兩種情況來分析：

（1）若為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證、檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果能否達(dá)到實(shí)驗(yàn)原理所描述的結(jié)論的一類實(shí)驗(yàn)。這類實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)前其實(shí)驗(yàn)結(jié)果是已知的，實(shí)驗(yàn)過程在于努力獲取預(yù)期的結(jié)論，重在結(jié)果的獲得，因而驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是唯一的，即實(shí)驗(yàn)原理所描述的結(jié)果，預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)的表述方式為“A組……”，“B組……”。

（2）若為探究性實(shí)驗(yàn)探究性實(shí)驗(yàn)是指在假設(shè)前提下，獲取支持假說或推翻假說的一類實(shí)驗(yàn)。這類實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)前并不知道實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)過程在于努力探索實(shí)驗(yàn)結(jié)論。因而探究性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論是未知的，實(shí)驗(yàn)前需對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)，并分析出現(xiàn)該結(jié)果的原因，預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不唯一，大多有三種可能：變量促進(jìn)結(jié)果，變量抑制結(jié)果，變量與結(jié)果無關(guān)。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)的表述方式為“若……，則說明……

六、例題賞析

某科研單位研制出一種新型藥物X，據(jù)說對(duì)某種腫瘤有較好的療效，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證并簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)論。

答案：（1）在無菌條件下，將適宜的動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)液均分為兩等份，注入兩個(gè)潔凈的試管中并分別編號(hào)為1號(hào)、2號(hào)。1號(hào)試管加入少量的X藥物，2號(hào)試管加入等量的蒸餾水。

（2）將等量且少量的動(dòng)物腫瘤細(xì)胞分別移入1號(hào)、2號(hào)試管中，在適宜的條件下培養(yǎng)。

（3）培養(yǎng)一段時(shí)間后，分別從1號(hào)、2號(hào)試管中取一滴培養(yǎng)液制成裝片，觀察腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)情況。結(jié)果加X藥物的1號(hào)試管中腫瘤細(xì)胞數(shù)目少，增長(zhǎng)慢。

若此實(shí)驗(yàn)為探究性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟一樣，只是結(jié)果和結(jié)論要進(jìn)行討論：若1號(hào)試管中的腫瘤細(xì)胞數(shù)目比2號(hào)試管少，則說明X藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞有較好的療效。

若1號(hào)試管中的腫瘤細(xì)胞數(shù)目比2號(hào)試管多，則說明X藥物能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖。

若1號(hào)試管中的腫瘤細(xì)胞數(shù)目與2號(hào)試管無明顯差異，則說明X藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞沒有療效或無影響。

總而言之，生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求學(xué)生在充分理解和掌握生物學(xué)基本知識(shí)的情況下，還要具備生物學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)技能。在不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中靈活采用各種方法才能獲得實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與解答的最佳方案。